二沉池一维通量模型及其应用

摘要

二沉池是活性污泥处理工艺中的主要构筑物，运用数学模型来实现其运行状况的模拟和预测，这对二沉池以及整个活性污泥系统的设计、管理或优化控制均有着重要的意义。本文主要从如下3个方面对二沉池一维通量模型及其应用进行了研究：（1）活性污泥沉降速率的研究；（2）一维通量模型的改进；（3）一维通量模型与ASM2耦合，建立活性污泥过程的耦合模型，并应用于重庆市某污水处理厂运行状况的模拟和预测。主要研究成果包括： （1） 基于活性污泥的批沉降实验，建立了一个描述活性污泥压缩沉降过程的数学模型，得到了判断区域沉降到压缩沉降临界点的理论公式，导出了一个新的压缩沉降速率公式。基于压缩沉降速率公式，提出一种分段描述完整批沉降过程的方法，可以更为准确地描述二沉池内部发生的真实沉降。 （2）基于质量守恒定律，导出一个新的一维通量模型。模型中考虑了二沉池截面积的变化，所采用的污泥沉降速率公式可描述二沉池中所发生的低浓度污泥的沉降、区域沉降和压缩沉降。提出了从根本上避免模拟失真的解决办法，认为采用30层的模型即可得到理想的模拟结果。模型的模拟结果表明，模型可以较好地描述二沉池出水悬浮固体浓度、回流污泥浓度、污泥浓度分布及污泥层高度；而且可以保障二沉池每个单元层间传递的污泥质量守恒，在二沉池进水污泥浓度、进水流量、回流比及其组合的脉冲扰动下仍有很强的稳定性。 （3）通过对溶解性组分和颗粒性组分分别计量的方法，将ASM2与一维通量模型耦合，建立了活性污泥过程的耦合模型。将模型应用于重庆市某污水处理厂运行状况的模拟研究，结果表明模型可以较好地实现活性污泥过程的模拟。其中，回流污泥浓度的模拟值与实测值的相对偏差均小于10％，70％的出水SS的模拟值与实测值的相对偏差小于20％，85％的出水COD的模拟值与实测值的相对偏差小于20％，出水TN的模拟值与实测值的相对偏差基本均小于15％，出水TP的模拟值与实测值的偏差基本均小于1mg/L。 （4）基于活性污泥过程的耦合模型，对该污水处理厂进行了优化探讨。模拟研究结果表明，将该污水处理厂回流比减小为0.2～0.25，剩余污泥的处理量可减至原来的35～42％，同时不会影响出水水质的达标排放；当反应池中的污泥浓度增长为2.8g/L时，可以提高系统抗负荷冲击和抗低温的能力，改善出水水质。